2027届高中生物一轮复习讲义第十单元　第55课时　基因工程的应用、蛋白质工程

该高中生物学高考复习讲义围绕基因工程的应用、蛋白质工程的原理及应用核心考点，按“基因工程应用（农牧业、医药等）—蛋白质工程原理与操作—两者对比联系”逻辑架构知识，通过考点梳理（如乳腺生物反应器与工程菌表格归纳）、方法指导（判断基因工程与蛋白质工程操作流程）、真题训练（考向例题及课时精练），帮助学生突破难点，体现复习系统性与针对性。 讲义采用对比归纳法（如基因工程与蛋白质工程异同表）和案例探究（CRISPR/Cas9技术、水蛭素改造实例），培养科学思维与探究实践能力。设置基础排查、分层练习（选择与非选择），配合即时反馈，确保高效复习，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指导。

第55课时　基因工程的应用、蛋白质工程 考点一　基因工程的应用 1．基因工程在农牧业方面的应用 2．基因工程在医药卫生领域的应用 3．基因工程在食品工业方面的应用 比较乳腺生物反应器和工程菌 如图为利用乳腺生物反应器和工程菌两种方法生产某种医用蛋白(一种分泌蛋白)的操作流程图。回答下列问题： (1)要使目的基因在绵羊乳腺细胞中特异性表达，需要在过程①所用的载体中插入乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件。 (2)将基因表达载体转入大肠杆菌细胞前需要用Ca2＋ 处理大肠杆菌，目的是使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，便于目的基因导入。常用显微注射法将基因表达载体导入绵羊受精卵中。 (3)检测发现，通过乳腺生物反应器获得的蛋白A比通过工程菌获得的蛋白B的空间结构更复杂，生物活性也更强，造成这种结果的原因可能是该医用蛋白为分泌蛋白，在绵羊乳腺细胞内蛋白A经过了内质网和高尔基体的加工修饰，空间结构复杂，生物活性高；大肠杆菌无内质网和高尔基体等细胞器，蛋白B没有经过加工修饰，空间结构较简单，生物活性低。 归纳总结　乳腺生物反应器与工程菌的比较 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 考向一　基因工程的应用 1．(2025·河南豫西名校模拟)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．步骤①是基因工程的核心步骤，需要使用的工具有限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体 B．与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W所选的启动子不同 C．转基因动物的乳腺上皮细胞、膀胱上皮细胞都能表达W基因 D．鉴定W蛋白基因是否成功表达可以检测转基因动物的尿液是否存在W蛋白 答案　C 解析　W基因只在膀胱上皮细胞中表达，C错误。 2．CRISPR/Cas9是一种基因编辑技术，Cas9蛋白能与人工设计的sgRNA形成复合体(如图)。利用该技术可以对DNA进行一系列的定向改造。下列叙述错误的是(　　) A．Cas9蛋白属于限制酶，能切割目的基因 B．sgRNA具有能与目的基因发生碱基互补配对的结构 C．基因编辑技术能够定点插入、删除或替换部分碱基 D．通过基因编辑技术引起的变异属于基因重组 答案　D 解析　复合体在sgRNA引导下结合目的基因，Cas9蛋白切割目的基因造成双链断裂，细胞在修复断裂的DNA时会定点插入、删除或替换部分碱基，C正确；通过基因编辑技术引起的变异属于基因突变，D错误。 拓展延伸　CRISPR/Cas9基因编辑技术能对基因进行定点编辑，其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割(如图)。 CRISPR复合体中的sgRNA的主要功能是与靶向基因(目的基因)上特定的碱基序列互补，从而定向引导Cas9蛋白与靶向基因结合，并在特定位点切割DNA。CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物，与传统的基因工程相比，其明显优点是避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题。CRISPR/Cas9基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。 考点二　蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程的概念 点拨　改造基因而不是改造蛋白质的原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造。②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 2．蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程 3.蛋白质工程的应用 (1)在医药方面 ①利用蛋白质工程研发药物。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。 (2)在工业方面 ①蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 分析蛋白质工程的原理和应用 水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中的重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是氨基酸序列(多肽链)，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是mRNA上决定氨基酸的密码子有简并现象。 (2)研究发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬氨酸可以提高它的抗凝血活性，这项工作属于蛋白质工程的范畴，目前可行的直接操作对象是基因，需要用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。 归纳总结　判断基因工程和蛋白质工程 操作 蛋白质 考向二　辨析蛋白质工程的原理和操作流程 3．(2025·河南名校一模)科学家通过蛋白质工程改造绿色荧光蛋白(GFP)的氨基酸序列，成功开发出能发出不同颜色的荧光蛋白。荧光蛋白的荧光颜色主要由其核心生色团决定，非生色团区域的改变一般不改变光谱特性。下列叙述正确的是(　　) A．改变GFP的氨基酸种类或数目必然会导致荧光颜色发生变化 B．荧光蛋白的荧光颜色差异的直接原因是控制其合成的基因碱基序列不同 C．若在GFP氨基酸序列的中间插入一个氨基酸，肽键数目会增加1个 D．改造GFP的过程需破坏氨基酸之间的肽键以替换特定氨基酸 答案　C 解析　改变氨基酸种类或数目若发生在非生色团区域，可能不会影响荧光颜色，A错误；荧光颜色差异的直接原因是荧光蛋白结构不同，而基因碱基序列不同是根本原因，B错误；插入一个氨基酸会增加1个肽键，原肽链有n个氨基酸时含n－1个肽键，插入后变为n＋1个氨基酸，肽键数为n，增加1个，C正确；蛋白质工程通过修改基因指导新蛋白质合成，而非直接破坏肽键，D错误。 4．(2025·成都三模)某团队为提升猪α-干扰素(PoIFN-α)的抗病毒活性，针对其8个关键氨基酸位点进行改造，构建突变体PoIFN-α8s。测序显示，改造后的DNA非模板链序列第5位点由“TAC”突变为“TGC”，导致编码的氨基酸由酪氨酸变为半胱氨酸，其余位点突变未改变氨基酸种类。下列分析错误的是(　　) A．提升猪α-干扰素的抗病毒活性是通过改造基因来完成的 B．密码子AUG、ACG决定的氨基酸依次是酪氨酸、半胱氨酸 C．第5位点突变可能导致猪α-干扰素的空间结构发生改变 D．其余位点突变未改变氨基酸种类与密码子的简并有关 答案　B 解析　DNA非模板链第5位点由“TAC”突变为“TGC”，则模板链由“ATG”突变为“ACG”，转录形成的密码子由“UAC”变为“UGC”，所以密码子UAC决定的氨基酸是酪氨酸，UGC决定的氨基酸是半胱氨酸，B错误。 一、基础排查 1．判断下列有关基因工程的成果及应用的叙述 (1)我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性(　√　) (2)我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米(　×　) 提示　我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米。 (3)我国科学家将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因延熟番茄储存时间大大延长(　×　) 提示　我国科学家将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄，储存时间大大延长。 (4)在农业上，基因工程中抗旱、抗盐转基因植物的种植减少了农药的使用(　×　) 提示　基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用，有利于保护环境。 (5)将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器(　×　) 提示　转基因动物中常用的受体细胞为受精卵，通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器。 (6)通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于基因工程技术的应用(　×　) 提示　通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于诱变育种。 2．判断下列有关蛋白质工程的叙述 (1)基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作(　×　) 提示　基因控制蛋白质的合成，蛋白质工程也需要对基因进行操作。 (2)蛋白质工程应先设计蛋白质的结构再预期其功能(　×　) 提示　蛋白质工程应先预期蛋白质功能，再根据功能确定其结构。 (3)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　×　) 提示　蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。 (4)蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子(　√　) (5)与天然蛋白质合成相比，蛋白质工程不遵循中心法则(　×　) 提示　蛋白质工程中遗传信息的流向遵循中心法则。 (6)蛋白质工程可以通过增加酶内部的二硫键数目，来提高酶的热稳定性(　√　) (7)蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程的难度很大(　√　) (8)T4溶菌酶耐热性的改造属于蛋白质工程的范畴(　√　) 二、要语必背 1．(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。 2．(选择性必修3 P91)用转基因动物(猪)做器官移植的供体，方法是在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 3．(选择性必修3 P93)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 4．(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 5．(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 6．(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 课时精练 [分值：100分] [1～4题，每题4分；5～10题，每题5分。共46分] 一、选择题 1．天然β-淀粉酶耐热性较差，难以满足工业化生产需求。通过PCR对天然β-淀粉酶基因进行改造，将其导入大肠杆菌表达后，获得了一种耐高温的β-淀粉酶。与天然酶相比，改造后的酶在第476位发生了氨基酸替换，由天冬氨酸改变为天冬酰胺。下列叙述错误的是(　　) A．天冬酰胺与天冬氨酸的R基不同，该替换导致酶的空间结构改变 B．根据新的氨基酸序列可逆推出唯一对应的基因编码序列 C．PCR技术在此过程中实现了对β-淀粉酶基因的定点突变 D．这种通过设计并合成新蛋白质的技术属于蛋白质工程 答案　B 解析　由于密码子的简并，根据新的氨基酸序列推导出的基因编码序列不是唯一的，B错误。 2．如图为利用奶牛乳腺生物反应器生产人血清白蛋白的过程，下列叙述正确的是(　　) A．步骤①将牛组织置于无菌水中并加入适量的胰蛋白酶处理可得到单细胞 B．步骤②将目的基因与乳腺细胞中基因的启动子重组在一起 C．步骤④常用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 D．若要获得同卵双胎或多胎，分割原肠胚时需将内细胞团均等分割 答案　C 解析　动物细胞需要在特定的培养液中培养而不是无菌水中，用胰蛋白酶处理可以分离得到单细胞，A错误；动物乳腺生物反应器需要使目的基因在乳腺细胞中特异性表达，目的基因的上游需连接乳腺细胞中特异表达基因的启动子，B错误；常用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程，C正确；若要获得同卵双胎或多胎，分割囊胚时需将内细胞团均等分割，D错误。 3．(2025·眉山三模)Her2是乳腺癌等肿瘤细胞的表面蛋白，传统鼠源抗Her2单克隆抗体可被人体免疫系统识别而产生免疫反应，导致单抗的治疗效果下降。科研人员将小鼠自身的抗Her2抗体基因敲除后，经过一系列改造，制备了人源化的抗Her2单抗，过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．①过程农杆菌的T－DNA整合到受精卵染色体DNA上的原理是基因重组 B．③过程是将Her2注射到小鼠体内，b表示从小鼠脾中获得的多种B淋巴细胞 C．④过程使用的病毒需要灭活是为了保证细胞膜分子排布不发生改变 D．⑤过程需进行两次筛选，第一次筛选的原理是抗原—抗体特异性结合 答案　B 解析　①过程是将目的基因导入基因敲除后的小鼠受精卵，该过程一般采用显微注射技术，而农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞常用的方法，A错误。③过程是将Her2注射到小鼠体内，目的是刺激小鼠的免疫系统产生免疫反应，b表示从小鼠脾中获得的多种B淋巴细胞，这些B淋巴细胞能产生不同的抗体，B正确。④过程使用的病毒需要灭活，目的是保证病毒失去感染能力，避免对细胞造成伤害，使细胞膜上的分子重新排布，促进细胞融合，C错误。⑤过程需进行两次筛选，第一次筛选是利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，原理是在选择培养基上只有杂交瘤细胞能存活；第二次筛选是利用抗原—抗体特异性结合的原理，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞，D错误。 4．(2025·河南青桐鸣模拟)香豆素是从豆科植物中提取的产物，具有补肾、健脾等功效，肉桂酰辅酶A邻羟基化酶(CCHs)是其合成途径中的关键酶，研究者获得这种酶的途径如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列，但仍然可以表达出相同的蛋白质 B．蛋白质工程流程是从CCHs基因的碱基排列顺序出发 C．从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则完全一致 D．过程3中碱基互补配对的方式有A—T、T—A、G—C、C—G 答案　A 解析　蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列，获得所需要的蛋白质，由于密码子的简并性，对CCHs进行合理设计可能得到多种基因序列，但均可表达出相同的蛋白质，A正确，B错误；过程3是翻译过程，碱基互补配对的方式有A—U、U—A、G—C、C—G，D错误。 5．(2025·四川部分学校模拟)科学家利用人工智能(AI)模型成功改造了一种溶菌酶。通过AI预测合成的溶菌酶与已知的天然溶菌酶结构不同，但其功效却和天然溶菌酶一样，甚至更优越。下列推测错误的是(　　) A．AI预测合成的溶菌酶的氨基酸种类与天然溶菌酶的可能存在差异 B．AI预测合成的溶菌酶与天然溶菌酶在空间结构上可能存在差异 C．组成AI预测合成的溶菌酶的氨基酸的连接方式与天然溶菌酶的可能不同 D．该技术可能用于治疗人类某些由蛋白质结构改变引起的疾病 答案　C 解析　题意显示，通过AI预测合成的溶菌酶与已知的天然溶菌酶结构不同，但其功效却和天然溶菌酶一样，甚至更优越，据此推测，AI预测合成的溶菌酶的氨基酸种类与天然溶菌酶的可能存在差异，A正确；通过AI预测合成的溶菌酶与已知的天然溶菌酶结构不同，据此可知，AI预测合成的溶菌酶与天然溶菌酶在空间结构上可能存在差异，B正确；组成AI预测合成的溶菌酶的氨基酸的连接方式与天然溶菌酶的相同，均是通过肽键连接的，合成过程都经过了脱水缩合反应，C错误；题意显示，通过AI预测合成的溶菌酶与已知的天然溶菌酶结构不同，但其功效却和天然溶菌酶一样，甚至更优越，因此该技术可能用于治疗人类某些由蛋白质结构改变引起的疾病，D正确。 6．(2025·安庆模拟)目前，许多酶已被鉴定和定序，但对这些酶的作用知之甚少或一无所知。随着研究的深入，多种“同工酶”(结构来源不同，功能相似的酶)被陆续发现。近期一种新的AI工具——CLEAN可以根据酶的氨基酸序列预测酶的功能，即使这个酶未经研究或知之甚少，这种新的AI工具也极大地推动了酶的研究。下列叙述错误的是(　　) A．某种酶蛋白中特定的氨基酸序列可能在多种酶中出现 B．可以利用这种新的AI工具预测所有酶的功能 C．可通过这种AI工具研究和设计全新功能的酶 D．真核细胞内酶蛋白的合成起始于核糖体 答案　B 解析　同工酶是结构来源不同但功能相似的酶，由于功能相似，可能部分结构存在共性，因此某种酶蛋白中特定的氨基酸序列可能出现在多种酶中，A正确；这种AI工具是基于已知的蛋白质结构特征，通过“未知”的蛋白质与已知蛋白质在结构上的相似性，推测其功能，然而人们对蛋白质的研究不足以覆盖所有的蛋白质，B错误；基于对大量蛋白质结构和功能的研究数据，可利用此工具设计新的蛋白质，C正确；真核细胞内蛋白质合成的起点均为核糖体，D正确。 7．Cre－Loxp系统是基因工程中常用的特异性重组酶系统，该系统中的Cre酶能根据两个Loxp的方向删除或倒置位于两个Loxp序列间的基因，如图1所示。现使用Cre－Loxp系统构建TK基因缺失的病毒毒株，为研发该病毒的疫苗提供候选毒株，构建过程如图2所示。下列分析错误的是(　　) A．图1中GENE两端需含有两个相同的碱基序列 B．位于RFP基因两端的Loxp序列方向相反 C．Cre酶处理之前，应初步筛选出有红色荧光基因的病毒 D．Cre酶在图2过程中具有限制酶和DNA连接酶的功能 答案　B 解析　由图1判断Cre酶删除或倒置位于两个Loxp序列间的基因时，需要识别相应的序列，所以GENE两端需含有两个相同的碱基序列，A正确；要通过Cre酶删除RFP基因，根据图1可知，RFP基因两端的Loxp序列方向应该相同，B错误；RFP基因可表达出红色荧光蛋白，根据红色荧光蛋白表达情况可筛选出TK基因被替换为红色荧光基因的病毒，C正确；限制酶能对DNA特定位点进行切割，DNA连接酶能连接黏性末端和平末端，Cre酶在处理重组基因片段时具有限制酶和DNA连接酶的功能，D正确。 8．(2025·宜昌开学考试)利用蛋白质工程对干扰素进行改造，可在一定条件下延长其保存时间。下列叙述错误的是(　　) A．可用PCR技术检测改造后的干扰素基因是否转录出了相应的mRNA B．利用蛋白质工程对干扰素进行改造时，操作对象是干扰素 C．经改造后的干扰素基因能通过工程菌的繁殖实现遗传 D．对干扰素的改造遇到的最大难题是干扰素的高级结构十分复杂 答案　B 解析　蛋白质工程的操作对象是基因(通过修饰或合成基因来改造蛋白质)，而非蛋白质(干扰素)本身，若直接操作蛋白质，无法实现可遗传的改造，B错误；经改造的干扰素基因可导入工程菌，工程菌繁殖时会复制该基因，从而实现基因的遗传(进而持续表达改造后的干扰素)，C正确；蛋白质的高级结构(空间结构)十分复杂，而蛋白质工程需精准设计蛋白质的空间结构以实现预期功能，D正确。 9．(2025·开封三模)某科研团队拟利用CRISPR/Cas9技术对病毒复制酶基因进行定向编辑并导入怀地黄细胞中，结合植物组织培养技术，培育出脱毒且抗病毒的怀地黄新品种。下列叙述正确的是(　　) A．用茎尖进行植物组织培养获得脱毒苗是因为病毒无法进入茎尖细胞 B．CRISPR/Cas9基因编辑技术可以使病毒复制酶基因发生随机突变 C．进行植物组织培养时需要在培养基中添加干扰素以防止细菌的污染 D．需要对培育出的再生植株进行病毒接种实验以验证其抗病毒能力 答案　D 解析　植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，故用茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗，A错误；依题意，CRISPR/Cas9技术是对基因进行定向编辑，而非引发随机突变，B错误；干扰素能干扰病毒复制，对细菌通常无效，植物组织培养中防止细菌污染需添加抗生素，C错误；通过基因编辑获得的植株需实际接种病毒，观察其是否表现抗性，以验证抗病毒能力，D正确。 10．(2025·河南金太阳联考)抗体结构分为可变区(V区)和恒定区(C区)，与抗原特异性结合的区域为CDR区，位于V区中。在医药领域，单克隆抗体在疾病诊断和病原体鉴定中发挥重要作用，但鼠源的单抗容易在人体内引发人抗鼠抗体反应(HAMA)，从而削弱其治疗的有效性。科学家对鼠源杂交抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，主要流程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．鼠—人嵌合抗体至少含有4个游离氨基，其抗体特异性由肽链的C区决定 B．上述表达载体的构建过程主要利用了基因突变的生物学原理 C．为提高嵌合基因与载体的连接效率，扩增时应在两条引物的3′端添加同种限制酶酶切位点 D．鼠—人嵌合抗体的研制过程属于蛋白质工程，图中转染细胞的方法可能是显微注射法 答案　D 解析　由图可知，鼠—人嵌合抗体含有4条肽链，因此至少含有4个游离氨基，其抗体特异性由肽链的V区决定，A错误；表达载体的构建过程主要利用了基因重组的生物学原理，B错误；子链延伸只能从5′端向3′端，为避免自身环化和反向连接，应使用两种不同的限制酶进行酶切，因此应在两条引物的5′端添加不同的限制酶酶切位点，C错误；鼠—人嵌合抗体是对鼠源抗体改造，即对蛋白质改造，属于蛋白质工程，将基因表达载体导入动物细胞(Sp2/0细胞)常用显微注射法，D正确。 二、非选择题 11．(22分)(2024·河北，22)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫效果进行了检测。回答下列问题： (1)(6分)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为_______________________________启动子。Nos为终止子，其作用为____________。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可选择限制酶____________和__________对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。 (2)利用____________方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测______________________________，通过______________技术检测是否翻译出r2HN蛋白。 (3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后，r2HN纯合子植株的占比为____________。选择纯合子进行后续研究的原因是___________________________________________________________________________。 (4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的__________免疫和__________免疫。 (5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是____________________________(答出两点即可)。 答案　(1)水稻胚乳细胞中特异表达的基因的　终止转录　Hind Ⅲ　EcoR Ⅰ　(2)农杆菌转化　r2HN是否转录出了mRNA　抗原—抗体杂交　(3)1/4　纯合子自交后代不发生性状分离　(4)体液　细胞　(5)不受性别的限制、可大量种植、成本低、安全性高 解析　(1)根据题意可知，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子，其作用为终止转录过程。GtP内部含有Kpn Ⅰ的酶切位点，用Kpn Ⅰ酶切会破坏启动子，Nos下游含有Sac Ⅰ的酶切位点，用Sac Ⅰ酶切会使重组基因表达载体缺失终止子，故构建基因表达载体时，可选择限制酶Hind Ⅲ和EcoR Ⅰ对r2HN基因与载体进行酶切。(2)可用农杆菌转化法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN基因表达情况，可用PCR技术检测r2HN基因是否转录出了mRNA，若要检测r2HN基因是否翻译出r2HN蛋白，可用抗原—抗体杂交技术。(3)选择单一位点插入目的基因的植株(用RO表示)进行自交一代，根据分离定律，r2HN纯合体植株(RR)占1/4，无r2HN基因的纯合子植株(OO)占1/4，杂合子植株(RO)占1/2。由于纯合子植株遗传性状稳定，故选择r2HN纯合子植株进行后续研究。(4)通过体液免疫，机体可产生较多相应抗体，通过细胞免疫，机体可产生较多细胞毒性T细胞。据题图可知，实验组的抗体和CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平明显高于对照组，因此获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。 12．(14分)(2025·广东，21)大肠杆菌是重要工业菌株之一，其培养过程可分为快速生长期和生长稳定期两个阶段。为了通过调节蛋白质合成与降解速率来动态调控代谢途径关键酶的蛋白量，使细胞适配不同阶段的生产需求，研究者设计了两种质粒，并以稳定性好的红色荧光蛋白mKate2为模式蛋白，测试质粒功能。回答下列问题： (1)研究者首先构建质粒①(图a)用于在细胞内表达C－末端带SsrA 短肽的mKate2，将质粒导入感受态细胞后，在添加抗生素的选择培养基上培养。根据培养基上菌落的生长状况，结合PCR及________________检测，筛选获得重组菌株W1。 (2)将W1在适宜条件下进行摇瓶培养，定时取样检测培养液中细胞密度，方法有______________(答一种)。接种前需检测液体培养基的荧光强度，其作用是_______________。培养结果(图b)表明，进入生长稳定期后荧光强度快速下降，原因是_____________________。 (3)研究者选用启动子PX、X基因(编码阻遏蛋白X，阻遏PX开启转录)，重新构建质粒②(图a)，导入野生型大肠杆菌中获得重组菌株W2。在适宜条件下摇瓶培养，W2的生长趋势不变，培养期间荧光强度的变化趋势为____________________________________________。 (4)(4分)莽草酸是一种重要工业化学品，其胞内合成代谢途径见图c。由于野生型大肠杆菌胞内酶A活性弱，且莽草酸会被快速转化为细胞生长必需物，因此细胞中无法大量积累莽草酸。为了保证细胞正常生长，并在生长稳定期实现莽草酸的大量积累，利用上述两种质粒的调控功能，结合野生型菌株遗传物质的改造，提出重组生产菌株构建思路：_________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)荧光(强度)　(2)显微镜直接计数法　作为检测mKate2蛋白荧光强度的对照　PGeo停止转录，mKate2蛋白合成停止，但特异性降解持续(分解)　(3)快速生长期荧光强度低，进入生长稳定期迅速增强　(4)先敲除野生型菌株中的酶B基因，再将质粒①中的mKate2替换为酶B基因，将质粒②中的mKate2替换为酶A基因，将两个质粒导入敲除酶B基因的菌株中 解析　(1)利用PCR技术可检测目的基因导入是否成功，依据是否出现红色荧光、红色荧光强度可检测目的基因是否成功表达及其表达量。(2)定时取样检测培养液中细胞密度常用显微镜直接计数法。该实验需要检测菌体的荧光强度，因此需要在实验前检测液体培养基荧光强度，以便与之后检测菌体的荧光强度作对照。在W1快速生长期，PGeo驱动mKate2-SsrA基因转录，可合成C－末端带SsrA短肽的mKate2，使菌体发出红色荧光；进入生长稳定期后，PGeo停止驱动mKate2-SsrA基因的转录，荧光蛋白不能合成，且因mKate2的C－末端带有SsrA短肽，所以该蛋白质会被大肠杆菌内源蛋白酶系统特异性识别并降解，导致W1进入生长稳定期后荧光强度逐渐下降。(3)在W2快速生长期，PGeo启动子驱动X-SsrA基因转录，X-SsrA基因编码的C－末端带有SsrA短肽的阻遏蛋白X阻遏了PX开启转录，mKate2基因无法表达，故细胞快速生长期荧光强度低；进入生长稳定期后，PGeo启动子停止驱动X-SsrA基因转录，且C－末端带有SsrA短肽的阻遏蛋白X被大肠杆菌内源蛋白酶系统特异性识别并以一定速率降解，逐渐解除对PX的抑制作用，PX开启mKate2基因的转录，可合成mKate2，培养基荧光强度逐渐增强。(4)先敲除野生型菌株中的酶B基因，再向野生型菌株中导入2个质粒，如图： 处于快速生长期时，质粒①合成C－末端带SsrA短肽的酶B，质粒②酶A基因的表达被抑制(避免合成过多酶A造成物质和能量浪费)，质粒①合成的酶B和野生型菌株自身的酶A基因表达的酶A共同合成细胞生长必需物，满足菌株快速生长的需求；进入生长稳定期后，C－末端带SsrA短肽的酶B和阻遏蛋白X被降解，质粒②酶A基因表达，合成酶A，与菌株原有酶A基因表达的酶A，共同快速合成莽草酸，以改进酶A活性弱造成的莽草酸合成速率慢的问题。此外，生长稳定期酶B因被降解且不能合成而缺失，莽草酸难以转化为细胞生长必需物，可实现在生长稳定期的细胞内莽草酸的大量积累。 13．(18分)(2025·河南，21)卡拉胶是一类源于海洋红藻的大分子多糖，可被某些细菌降解为具有多种应用前景的卡拉胶寡糖。某研究小组拟筛选具有高活性卡拉胶酶(CG)的菌种用于生产卡拉胶寡糖。回答下列问题： (1)选择海藻和海泥作为样本筛选卡拉胶降解菌的原因是_____________________________。将培养后的菌液混匀并充分______，再接种至微孔板中，经培养和筛选获得了CG活性最高的菌种。 (2)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图1)，对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切，随后用E.coli DNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率，cg转录模板链的5′端最好含有______酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验，获得的部分重组质粒分子大小符合预期，但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割，其原因是_____________________________________________。 限制酶的识别序列和切割位点如下： (3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌，需要先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，目的是_______________________________________________________________，随后在含________和________的培养基中培养一段时间后，根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。 (4)已知空间上邻近的两个半胱氨酸易形成二硫键，从而提升蛋白质的耐热性。为提高CG的耐热性，研究人员分析了五个氨基酸位点的空间距离和保守度(保守度值越大表明该位点对酶的功能越关键)，如图2所示。根据分析结果，选择第______位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适，原因是_______________________________________________________________。 答案　(1)海藻和海泥中富含卡拉胶，在富含卡拉胶的环境中，存在能够分解卡拉胶的微生物的可能性较大　稀释　(2)BamH Ⅰ　重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列　(3)使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态　卡拉胶　四环素　(4)44　该位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近，容易形成二硫键，而且保守度低，替换后对酶功能的影响较小 解析　(2)转录过程沿模板链的3′端到5′端进行，所以转录模板链的5′端为靠近终止子的一端，由于E.coli DNA连接酶连接平末端的效率低，因此不选用EcoR V和Sma Ⅰ酶切，Xba Ⅰ与Spe Ⅰ切割产生的黏性末端相同，容易自连或反向连接，切割质粒时Xba Ⅰ酶与Spe Ⅰ酶只能选择一个，另一端需要选择BamH Ⅰ酶切，所以cg基因转录模板链的5′端最好含有BamH Ⅰ的酶切位点。T4 DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端。选择不同的双酶切组合后，若重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列，会导致重组质粒无法使用构建表达载体的双酶切组合进行切割。(3)用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，可以使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。为筛选出成功导入表达载体的大肠杆菌，应在培养基中添加卡拉胶和四环素，培养一段时间后，根据菌落周围有无水解透明圈来判断。(4)空间上相近的半胱氨酸容易形成二硫键，提升蛋白质的耐热性，第44位赖氨酸空间上离半胱氨酸更近，容易形成二硫键提升蛋白质的耐热性，而且保守度低，替换后对酶功能的影响较小。 学科网（北京）股份有限公司 $